micro와 macro의 통합 탐구 훈련

[문형철]

8일만에 흥미, 몰입 빌드업 시작되었다!!

20일만에 expressive 글쓰기도 삶이 되어가고 있다!!

Everything should be made as simple as possible, but not simpler

4개의 축 

1) mind : expressive writing

2) homo-spiritus : spiritual training

3) micro

4) macro

1, Micro 탐구

Photosynthesis

CO2, 물 --> 햇빛 에너지 ---> 포도당 그리고 산소

A. Primary Endosymbiosis (1차 내공생) — 가장 기본적 사건

• 과정:
  • 이형영양 원생생물(heterotrophic protist)이 자유생활 시아노박테리아를 포식.
  • → proto-alga (원시 조류) 형성.
  • EGT + gene loss: 시아노박테리아 유전자의 다수가 숙주 핵으로 이동하거나 사라짐.
• 결과: Plantae (Archaeplastida) 그룹 탄생.
  • Glaucophytes (청록조류), Green algae + land plants (녹조류 + 육상식물), Red algae (홍조류).
• 특징: 플라스티드는 2중막으로 둘러싸임 (시아노박테리아의 내·외막에서 유래).

이 사건은
약 10~15억 년 전에 한 번(또는 매우 드물게) 일어난 것으로 여겨지며,
지구상 대부분 광합성 진핵생물의 기초가 됩니다.

B. Secondary Endosymbiosis (2차 내공생)

• 과정:
  • 1차 내공생으로 플라스티드를 가진 적조류(red algae)를 또 다른 이형영양 원생생물이 포식.
  • → 복잡한 플라스티드 형성 (보통 3~4중막).
  • 다시 EGT/HGT (수평유전자이동 포함)와 gene loss 발생.
• 결과: Chromalveolates (크로말베올레이트) 등 다양한 그룹에 플라스티드 제공.
  • 예: Peridinin dinoflagellate (페리디닌 디노플라젤레이트, 적조 유래 색소).
  • 다른 크로말베올레이트로의 분기.

이 과정으로 인해
플라스티드가 더 많은 진핵생물 계통으로 퍼졌습니다.

C. Tertiary Endosymbiosis (3차 내공생)

• 과정:
  • 2차 내공생으로 플라스티드를 가진 생물(예: haptophyte 또는 다른 chromalveolate)을 다시 다른 숙주가 포식.
  • EGT + gene loss 반복.
• 결과 예시:
  • Fucoxanthin dinoflagellate (푸코잔틴 디노플라젤레이트, Karenia, Karlodinium 속): 갈조 유사 색소.
  • Haptophyte (석회조류)에서 유래.
  • Alexandrium 등 다른 디노플라젤레이트.

3차 내공생은
특히 디노플라젤레이트(dinoflagellates)에서 다양하게 관찰되며,
플라스티드의 색소와 막 구조가 매우 복잡해집니다.

다세포 식물의 탄생

그리고 목질화(리그닌)되어 큰 나무구조로 진화!!

포도당은 박테리아에 의해 biotransformation하여 알콜이 된다. 

탈탄산 반응(Decarboxylation)의 핵심 기전은

화합물에서 카복실기(-COOH)가 떨어져 나가며 

이산화탄소(CO₂)가 방출되는 것.

화학적 관점에서 가장 흔한 기전은 다음과 같습니다.

1. 열에 의한 반응 (Thermal Decarboxylation)

가장 일반적인 형태. 분자에 열을 가하면 탄소-탄소(C-C) 결합이 끊어지면서 이산화탄소가 기체 형태로 빠져나갑니다.

예시: 베타-케토산(β-keto acid)에 열을 가하면 고리형 중간체를 거쳐 매우 쉽게 이산화탄소가 제거됩니다.

2. 효소에 의한 반응 (Enzymatic Decarboxylation)

생체 내에서 일어나는 반응으로, 탈탄산 효소(Decarboxylase)가 촉매 역할을 합니다.

예시: 

아미노산에서 이산화탄소를 떼어내 도파민이나 히스타민 같은 신경전달물질을 만드는 과정이 대표적.

이때 주로 비타민 B6(PLP)가 보조 인자로 사용.

참고) 

그림 2 간단 요약

이 이미지는 림프종(lymphoma) 환자의 PET-CT 영상 (¹⁸F-FDG 양전자방출단층촬영)입니다.

영상에서 표시된 내용:

• 보라색 화살표 (←): 종격동 림프절(mediastinal nodes) — 암이 침범하여 FDG(포도당 유사 물질)를 매우 강하게 섭취하고 있음 (검게 보임)
• 녹색 화살표 (↓): 쇄골상 림프절(supraclavicular nodes) — 역시 FDG 섭취가 매우 높음
• 노란색 화살표 (→): 방광(bladder) — 방사성 물질(FDG)이 소변으로 배설되기 때문에 정상적으로도 밝게 보임 (종양이 아님)

의미:

림프종이 있는 부위(종격동과 쇄골상 림프절)에서 포도당 대사가 매우 활발하다는 것을 보여줍니다.

암세포는 정상세포보다 포도당을 훨씬 더 많이 소비하는 Warburg 효과 때문에 FDG PET에서 강하게 나타납니다

그림 3 간단 요약

이 그래프는 유방암 세포주 두 종류에서 포도당 소비량(glucose consumption rate)을 비교한 것입니다.

• 세포주:
  • MCF-7: 덜 공격적(non-invasive) 유방암 세포
  • MDA-MB-231: 더 공격적(metastatic) 삼중음성 유방암 세포
• 조건:
  • 녹색: Normoxia (정상 산소 공급)
  • 분홍색: Hypoxia (저산소 상태)

주요 관찰점

• Pasteur 효과 (P): 산소가 있을 때(MCF-7의 녹색 막대) 포도당 소비가 크게 줄어듦. (산소가 있으면 세포가 덜 발효를 함)
• Warburg 효과 (W): 산소가 있어도 포도당을 많이 소비하는 현상. 특히 MDA-MB-231에서 매우 강하게 나타남 (녹색 막대가 이미 30 이상으로 높음).
• 저산소 상태(Hypoxia)에서는 두 세포 모두 포도당 소비가 증가하지만, MDA-MB-231이 훨씬 더 많이 소비함 (42 정도).

의미

더 공격적이고 전이성이 강한 MDA-MB-231 세포는 산소가 충분할 때도 Warburg 효과가 강해서 포도당을 과도하게 소비합니다.

이는 실제 환자 PET-CT 검사(¹⁸F-FDG)에서 종양이 공격적일수록 포도당 섭취가 높고, 예후가 나쁘다는 것과 일치합니다.

비침윤성 MCF-7은 Pasteur 효과가 뚜렷하지만,

전이성 MDA-MB-231은 Warburg 효과가 강해 산소가 있어도 포도당을 훨씬 더 많이 먹는다

→ 암의 악성도와 관련된 대사 특징.

그림 4 간단 요약

이 그림은 종양(암)의 과산성(hyperacidity) 현상을 보여주는 대표적인 자료입니다.

a) 그래프: 종양 내부의 pH와 산소 농도 변화

• 파란색 선 (pH): 종양 중심에서 멀어질수록 pH가 점점 낮아짐 (더 산성). 혈관벽에서 멀어지면 pH 6.7 이하까지 떨어짐.
• 녹색 선 (pO₂): 산소 분압. 혈관에서 멀어질수록 급격히 떨어져 거의 0에 가까워짐 (저산소 상태, Hypoxia).

→ 종양 안쪽으로 갈수록 산소가 부족하고, 산성도가 강해진다는 것을 명확히 보여줍니다.

b) 실제 종양 영상 (MDA-MB-435 유방암 세포를 이식한 마우스 모델)

• 색깔로 종양 내부의 세포외 pH를 표시한 영상입니다.
• 빨강~노랑: 상대적으로 덜 산성 (pH 약 7.0)
• 파랑~보라: 매우 산성 (pH 6.4~6.7)

종양 중심부와 일부 영역에서 강한 산성을 띠고 있음을 확인할 수 있습니다.

전체 의미 (한 줄 요약)

암 종양은 혈관에서 멀어질수록 저산소(Hypoxia) + 과산성(Acidic) 환경이 되며,

이는 Warburg 효과(산소가 있어도 젖산을 많이 생산) 때문에 발생하는 전형적인 종양 미세환경 특징

그림 6 간단 요약

이 그림은 암 발생과 진행 과정을 한눈에 보여주는 모델입니다.

(종양 미세환경 변화 + 대사 적응 과정)

1. 암 진행 단계 (위쪽)

• Normal epithelium → Interstitial neoplasia → Carcinoma in situ → Invasive carcinoma → Metastatic disease

2. 주요 생리적 변화 과정 (중간)

1. Initiation → 세포 증식 (Proliferation)
2. Intermittent hypoxia → HIF1α 안정화
3. Glycolytic phenotype (Warburg 효과) 유도
4. Acidosis (산성화)
5. Motility (운동성 증가)
6. Basement membrane 분해 + 혈관신생 (VEGF 작용)

3. 아래 모델 그림 설명 (가장 핵심)

• 초기: 정상 상피세포 (회색) → 과증식 (분홍색)
• 중기: 산소 확산 한계(O₂ diffusion limit)에 도달 → 저산소(hypoxia, 파란색) 상태
  • 일부 세포는 죽음 (apoptosis, 물집 모양)
  • 살아남은 세포는 Warburg 효과(해당작용)로 적응 → 산성화(Acidosis) 유발 (노란색 세포)
• 후기: 산성화 + 저산소 환경에서 살아남은 세포들이 운동성(motility)을 얻고, 기저막(basement membrane)을 분해하면서 침윤(invasive) 단계로 진행
• 혈관신생(VEGF)에 의해 새로운 혈관이 형성되면서 전이(metastasis) 가능해짐

한 줄 핵심 요약

암이 진행되면서 저산소 → Warburg 효과(포도당 과소비) → 산성화 → 기저막 분해 → 침윤 및 전이로 이어지는 전형적인 모델입니다.

이전 그림들과의 연결

• 그림 3 (Warburg 효과 그래프): 공격적인 암세포(MDA-MB-231)가 산소가 있어도 포도당을 많이 먹는 이유
• 그림 4 (pH와 산소 그래프): 종양 안쪽으로 갈수록 저산소 + 강한 산성 환경이 되는 이유
• 그림 2 (PET 영상): 실제 환자에서 공격적인 암이 FDG를 강하게 섭취하는 이유

이 그림은 위 모든 현상을 하나의 통합 모델로 설명해주는 매우 중요한 도표입니다.

전체적인 메시지: 암세포는 저산소와 영양 부족 환경에서 살아남기 위해 대사 방식을 바꾸고(Warburg), 주변 환경을 산성화시키며, 결국 ECM(세포외기질)을 분해하는 능력(MMPs 활성화)을 얻어 침윤·전이하게 됩니다.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jnc.15811

Milestone Review: Metabolic dynamics of glutamate and GABA mediated neurotransmission — The essential roles of astrocytes

이 논문은
뇌에서 가장 중요한 두 신경전달물질인
글루타메이트 (흥분성) 와 GABA (억제성) 의 대사와 순환 과정을 다루면서,
특히 성상세포(아스트로사이트) 가
왜 없어서는 안 되는지를 역사적 발견과 함께 정리한 리뷰.

1. 글루타메이트-글루타민-GABA 순환 (Glutamate/GABA-Glutamine Cycle)의 기본 개념

• 뉴런이 시냅스에서 글루타메이트를 방출 → 흥분 전달
• 방출된 글루타메이트 대부분은 성상세포가 재흡수 (EAAT1/GLAST, EAAT2/GLT-1)
• 성상세포 안에서 글루타메이트 → 글루타민으로 바뀜 (glutamine synthetase 효소)
• 글루타민은 다시 뉴런으로 돌아가서 → 글루타메이트나 GABA로 재합성
• GABA도 비슷하게 성상세포가 일부 재흡수하고 대사에 관여

→ 이 순환이 없으면
→ 뉴런은 신경전달물질을 계속 만들 원료가 부족해지고,
→ 동시에 세포 외 글루타메이트가 너무 많아져서 흥분독성이 생길 수 있음

그림 전체 간단 요약 (한글로 쉽게)

• 중앙 녹색 타원: 성상세포의 주요 대사 역할 (Metabolic roles of astrocytes in glutamate & GABA homeostasis)
  • 글루타메이트 & GABA 재흡수 (uptake)
  • 신경전달물질 재활용 (recycling)
  • 글루타민 합성 (Glutamine synthesis) → GS 효소 + NH₄⁺ (암모니아) 사용
  • 대사물 방출 (metabolite release, 예: 글루타민을 뉴런으로 보냄)
  • 에너지 대사 (energy metabolism) ←→ TCA 회로 (시트르산 회로) 연결
• 위쪽: 뉴런들 (신경세포)에서 방출된 Glutamate (흥분)와 GABA (억제)를 성상세포가 빨아들이고 → 재활용해서 다시 뉴런에게 돌려줌 (화살표로 순환 표시)
• 아래쪽: TCA 회로 (에너지 생산 회로)와 연결되어 성상세포가 에너지를 쓰면서 글루타메이트/GABA를 처리
• 병리 부분 (빨간색):
  • 성상세포 기능 이상 (Metabolic dysfunction) → 흥분독성 (Excitotoxicity) 발생
  • 병리 상태에서 성상세포가 적응 (adaptations)하려 하지만 실패하면 뇌 손상 (두개골 + 뼈 표시)

한 문장 초간단 요약 “성상세포는 뇌에서 글루타메이트와 GABA를 재흡수 → 글루타민으로 바꿔 뉴런에게 주고 → 에너지 대사까지 연결해 신경전달을 안정적으로 유지하지만, 이 과정이 망가지면 흥분독성이 생겨 뇌질환이 악화


2. 성상세포의 특별한 대사 특징들

• 성상세포는 글리코겐 저장이 가능하고, 락테이트를 뉴런에게 공급 (ANLS 가설 관련)
• 글루타메이트 재흡수 자체가 성상세포의 Na+/K+ ATPase 활성을 증가시켜 에너지 소모 ↑
• 성상세포는 TCA 회로 중간에 여러 경로가 연결되어 있어서 유연한 대사 조절 가능
• 글루타메이트 → α-케토글루타레이트 → TCA 회로 진입 가능

3. 역사적 주요 발견들 (Milestone)

• 1950~60년대: 글루타메이트와 GABA가 신경전달물질이라는 사실 확립
• 1970~80년대: 성상세포가 글루타메이트를 고친화도로 재흡수한다는 발견
• 1990년대: GLT-1 / GLAST 트랜스포터 클로닝
• 2000년대 이후: 성상세포 특이적 glutamine synthetase 억제 실험 → 순환이 깨지면 뉴런 기능 급격히 저하
• 최근: 성상세포의 미토콘드리아 기능, 글루타메이트-유도 칼슘 신호, 대사 재프로그래밍 등

4. 중요한 결론 & 앞으로의 과제

• 성상세포는 단순한 “지지세포”가 아니라 글루타메이트/GABA 항상성 유지의 핵심 실행자
• 성상세포 대사 이상 → 알츠하이머, 뇌졸중, 간성뇌증, 간질, 신경퇴행성 질환 등에서 중요한 역할 의심됨
• 하지만 질병 상태에서 성상세포의 병적 대사가 실제로 글루타메이트/GABA 불균형을 얼마나 일으키는지에 대해서는 아직 명확하지 않음 → 이 부분이 앞으로 가장 중요한 연구 방향

쉽게 말하면 “뇌가 제대로 작동하려면 글루타메이트와 GABA를 적당히 만들어서, 적당히 치우고, 적당히 재활용해야 하는데, 이 모든 과정에서 성상세포가 거의 주인공급 역할을 하고 있다”는 내용의 종합 리뷰 논문

참고) 

C6H12O6(포도당) --> C2H6O(에탄올, 술)

C6H12O6 -- glycolysis --> C3H4O3(피루브산) --탈탄산 반응(CO2제거 반응) --> C2H4O(아세트 알데히드, 탄소 2개는 제거)

--환원반응, 수소 받기--> C2H5OH

피루브산 C3H4O3 = CH3COCOOH- .. 여기서 카르복실기 COOH-가 떨어져 나감

카르복실기 -COOH

히드록실기  -OH

아미노기 -NH2

케톤기

Saccharomyces cerevisiae (brewer's yeast 또는 baker's yeast)는
진핵생물 중 가장 잘 연구된 모델 생물(model organism)로,
분자생물학·세포생물학·유전학·생화학 분야에서 핵심적인 역할을 해왔습니다.

1. 기본 특성 및 모델 생물로서의 장점

• 유전체 — 1996년 완전 서열화된 최초의 진핵생물 (약 12 Mb, 16개 염색체, ~6,000개 ORF). 현재 SGD(Saccharomyces Genome Database)에서 가장 정교하게 주석(annotation)된 유전체 중 하나.
• 생물학적 특징
  • 단세포 진핵생물, haploid/diploid 생활사 전환 가능 → 유전학적 조작 매우 용이
  • 세포 주기 짧음 (30°C에서 doubling time ~90–120분)
  • 호기/혐기 모두 생존 가능 → Crabtree-positive (고당 농도에서 발효 우선)
• 모델 생물로서의 우월성
  • Homologous recombination 효율 매우 높음 → gene knockout/knock-in, CRISPR-Cas9, delitto perfetto 등 정밀 조작 용이
  • 대량의 deletion collection (YKO), overexpression‎ collection, GFP-fusion library, temperature-sensitive mutant collection 등 공용 자원 풍부
  • 인간 단백질의 많은 기능적 homolog 존재 (예: cell cycle – CDC genes → CDK, signaling – RAS/MAPK, chromatin – histone modification 등)

2. 세포생물학적 핵심 과정에서의 기여

• Cell cycle & checkpoints CDC (cell division cycle) mutants를 통해 최초로 cell cycle regulatory network 규명 (Hartwell & Nurse, 2001 Nobel). Cdc28p (CDK homolog), cyclin family (Cln, Clb), Sic1, Whi5 등 핵심 regulator 대부분 최초 동정.
• Secretory pathway & vesicle trafficking Schekman (2013 Nobel) — sec mutants를 이용해 ER → Golgi → plasma membrane 경로의 ordered events 규명. Berkeley bodies (sec7 mutant에서 축적되는 aberrant Golgi structure)는 초기 secretory pathway 연구의 landmark. COPI, COPII, SNARE, Rab GTPase, tethering complex 등 대부분의 conserved component가 yeast에서 최초로 기능 규명.
• Autophagy & Cvt pathway Ohsumi (2016 Nobel) — atg mutants 스크리닝으로 autophagy core machinery 규명. Cvt (cytoplasm-to-vacuole targeting) pathway는 selective autophagy의 prototype. Early secretory pathway (ER exit site 포함)가 autophagosome biogenesis에 필수적임이 sec mutants와 Berkeley body 연구로 확인됨.
• Protein quality control & ERAD ER-associated degradation (ERAD) pathway의 핵심 component (Hrd1, Doa10 등) 대부분 yeast에서 규명.

3. 대사 및 산업적 응용 (Metabolic Engineering 관점)

• Crabtree effect — 고당 조건에서 호기적 발효 우선 → ethanol 생산 효율 높음 (biofuel의 핵심).
• Heterologous pathway reconstruction → isoprenoid, terpenoid, plant secondary metabolite, monoclonal antibody 등 고부가가치 물질 생산 플랫폼.
• Synthetic biology — Sc2.0 프로젝트 (완전 합성 게놈 구축 중, 2025년 기준 상당수 염색체 합성 완료). transposon, repetitive sequence, intron 제거 → genome stability 향상.
• Wild strain diversity — wine, beer, traditional fermentation (e.g., African, Asian isolates)에서 aroma compound, stress tolerance 등 산업적 다양성 탐색 활발.

참고) Crabtree effect은
Saccharomyces cerevisiae (맥주/빵 효모)를 포함한 일부 효모에서 관찰되는 대표적인 대사 현상으로,
고농도 포도당(glucose excess) 조건에서 산소가 충분히 존재함에도 불구하고
호기적 발효(aerobic fermentation)를 우선적으로 수행하는 것을 말합니다.

즉,
Pasteur effect(산소 존재 시 발효 억제)의 반대 현상.

4. 인간 질환 연구 및 translational relevance

• Oncogene & tumor suppressor homolog — RAS, p53 pathway 관련 gene 기능 연구.
• Neurodegenerative disease — protein aggregation (polyQ, α-synuclein 등) 모델링.
• DNA damage response — checkpoint kinase, DNA repair pathway conserved.
• IBD 관련 — anti-S. cerevisiae antibody (ASCA)는 Crohn's disease serological marker로 사용 (UC와 차별화, severity 예측).

요약 — 대학원 수준 핵심 키워드

• Model eukaryote → first sequenced, genetic tractability, conserved machinery
• Cell cycle → CDC/Cdc28-cyclin-CDK network
• Secretory pathway → sec mutants, Berkeley bodies, vesicle coat/tether/SNARE
• Autophagy → ATG genes, Cvt pathway, secretory-autophagy crosstalk
• Metabolic engineering → Crabtree effect, synthetic genome (Sc2.0), precision fermentation
• Disease modeling → RAS signaling, protein misfolding, DNA damage response

S. cerevisiae는
단순히 “빵·맥주 효모”가 아니라,
진핵생물의 거의 모든 기본 과정(세포주기·신호전달·단백질 trafficking·대사·스트레스 응답·유전자 발현 조절)을
이해하는 데 가장 강력한 실험 도구입니다.

최근에는
CRISPR screening, single-cell omics, synthetic genome과 결합해
더 정밀한 시스템 수준 연구가 진행

8일 동안 암기 --> 이해의 노력

서서히 통합되어 이해되고 있다!!

2주가 지난 지금

통합적 탐구의 방법론이 되고 있다!!

2. Macro 탐구

kinematic 움직임의 원인을 고려하지 않고 운동동작을 연구하는 학문

- 스칼라

kinetic 움직임의 원인(힘, 부하)을 고려해 움직임을 탐구하는 학문

- 벡터, F, 모멘트, 토크, Work

달기기 분석

1) 기준틀 - 무엇이 움직이는가? 어떤 기준에 의해 움직이고 있는가? 

    몸, 시스템, 점

    기준틀 frame of reference 움직임이 설명되는 기준

원점(origin)

오리엔테이션(orientation)

방향(direction) 

방향은 축 axis에 의해 결정 

방향은 오리엔테이션과 특정 방향을 가짐

원점과 축

위치 position 기준틀 내의 지점

위치 변화 : 변위와 거리

스칼라 scalar 크기만을 갖는 물리량

벡터 vector 크기와 방향을 갖는 물리량

거리는 스칼라 량

변위는 벡터 량

변화율

속력과 속도

속력은 얼마나 빠르게 움직이고 있는가? 거리의 변화율(스칼라 량)

속도는 방향을 가진 '위치에서의 시간 변화율'(벡터 량)

순간속도

평균속도

기울기

가속도

절대속도

상대속도

E=mc2

c=빛의 속도, 상수(constant)

두 방향에서 선운동학

변위 displacement와 거리 distance

스쿼트 시 시간변화, 위치, 속도, 가속도의 변화

가속도 = 속도의 변화/시간의 변화

보행분석

 보행 속도 결정

1) 스템률

2) 스텝 길이

continuous relative phase analysis

인간 운동에서
사지 간 협응(interlimb 또는 inter-segment coordination)을 정량화할 때
가장 널리 사용되는 방법 중 하나가
Continuous Relative Phase (CRP)이다.

CRP는
두 개의 운동 신호(예: 허벅지와 정강이 각도, 또는 좌우 다리)의 위상(phase) 차이를
시간에 따라 연속적으로 계산하여,
협응 패턴과 그 안정성을 평가한다.

그러나
기존 연구들에서 CRP를 계산하는 방법이 매우 다양하고,
서로 다른 전처리·정규화 기법을 사용함에 따라
결과 해석이 불일치하거나 artifact(인공물)가 발생하는 문제가 있었다.

본 논문은 리뷰(reviews) 성격의 논문으로,
다양한 CRP 계산 방법을 이론적 신호(known properties)와 실제 생체역학 데이터로 체계적으로 비교·평가하고,
가장 타당하고 robust하며 직관적인 표준 방법을 제안하는 것이 핵심 목적이다.

주요 방법 및 제안 (Findings) 저자들은 다음과 같은 단계별 비교를 수행했다:

• 다양한 신호 정규화(normalization) 기법
• Phase angle 계산 방법 (Hilbert transform vs. 다른 접근)
• Relative phase 도출 방식

결과적으로 가장 우수하다고 판단된 표준 절차 (강력 추천):

1. 원 신호의 진폭 중심화 (Centering the amplitude around zero) → 평균을 0으로 맞춰 신호를 중심에 위치시킴.
2. Hilbert transform를 이용해 analytic signal 생성 → 실수부(원 신호) + 허수부(90° 위상 이동된 신호)로 복소 신호 구성.
3. Analytic signal로부터 phase angle 계산 (arctangent 사용).
4. 두 신호의 phase angle 차이로 Continuous Relative Phase (CRP) 계산.

장점:

• 주파수 artifact (frequency artifacts)가 거의 발생하지 않음 → 대부분의 기존 정규화 기법에서 흔히 나타나는 문제 해결.
• 결과값의 해석이 직관적 (0° 근처 = in-phase, 180° 근처 = anti-phase).
• 시간에 따른 연속적인 협응 변화와 변동성(deviation phase)을 민감하게 포착 가능.

해석 및 제안 (Interpretations)

• 기존 방법들은 신호의 주파수 특성이나 진폭 차이에 따라 왜곡이 발생하기 쉽다.
• 제안된 Hilbert transform 기반 방법은 가장 valid하고 robust하며, 인간 운동 협응 연구(보행, 달리기, 상지-하지 협응 등)에 새로운 표준으로 사용될 것을 권고.
• 특히 하체 절단 환자의 보행 협응 연구(예: 보철 착용 시 좌우 다리 간 coordination, stance/swing phase에서의 안정성)에서 CRP를 적용할 때 이 방법을 사용하면 결과의 신뢰성과 비교 가능성이 크게 높아진다.

이전 논문과의 연계성

• 2023년 BMJ Open 논문(Sidiropoulos et al.)에서 transtibial 절단 환자의 보철 종류별 상대 위상 분석 프로토콜을 설계할 때, 정확히 이 2014년 논문에서 제안된 방법을 기반으로 CRP와 Deviation Phase(DP)를 계산할 가능성이 매우 높음.
• 즉, 이 논문은 CRP 분석의 방법론적 기초를 제공하는 중요한 reference 논문이다.

결론: 이 논문은 CRP를 사용하는 모든 운동생체역학 연구자에게 “이렇게 계산하라”는 실질적인 가이드라인을 제시한다. 특히 대학원생이나 연구자가 하체 절단, 보행 재활, inter-segment coordination을 다룰 때 반드시 참고해야 할 방법론 논문

https://cafe.daum.net/panicbird/S6YO/65

생체역학 운동법, 치료적 운동 드디어... 오믹스 분석이 되는 시대!!

선운동학의 이해 : 2차원

기준틀 = 평면

2개의 축으로 정의되는 편평한 공간

직선운동

포물체(projectile) 운동 

지면을 떠난 후에는 오로지 중력과 바람에 영향을 받는 공중에 뜬 물체, 그 움직임

합성 가속도 --> 합성 각가속도

속도의 변화를 야기하고 

속도의 변화는 변위를 야기

만약 중력이 작동되지 않을 경우 움직임

각운동학(angular kinematics)의 이해

강체 rididity

항상 일정한 모양을 유지하는 물체

각운동, 회전운동을 이해하기 위해서는 물체를 점이 아닌 '강체 rigid body'로 표현해야

강체는 길이를 가지지만 높이나 너비를 가지지 않음

야구베트

바퀴살

기준틀과 회전축(axis of rotation)

각운동은 항상 회전축으로 알려진 1개의 축에 대해 

1개의 평면에서 발생

회전축

물체가 그것에 대해 회전하기 위한 고정된 선

각위치(angular position)

특정 축에 기준인 강체의 오리엔테이션

시계방향의 회전은 음

반시계방향 회전은 양

라디안은 원주길이(s)와 반지름(r)간의 비율

라디안 = s/r

각기 다른 시각에 표현된 동일한 바퀴살

각속도

선속력은 물체가 얼마나 빠르게 움직이는지로 정의

각속력은 물체가 얼마나 빠르게 회전하는가로 정의

각속도는 

물체가 특정방향으로 얼마나 빠르게 회전하는가를 나타내는 것

각 가속도(angular accelaration)

시간에 대한 각속도의 변화율

물체가 특정방향으로 회전을 얼마나 빠르게 가속하는가, 감속하는가

선운동학과 각운동학의 비교

선운동학에 대한 각운동학의 관계

선가속도와 각가속도의 관계

관성과 운동량의 이해

관성, 질량, 운동량

질량중심, 관성모멘트

고정된 물체, 

직선으로 이동하는 물체

회전하는 물체에서 관성이 어떻게 다른가?

선운동량과 각운동량

관성 : 동작의 변화에 대한 저항, 특히 신체움직임 속도의 변화에 저항

정지상태에서 물체(신체)의 관성 : 질량(m, mass)

무게 weight 

중력때문에 생성된 힘. 

수직하방으로 작용하고 9.81m/s*물체질량만큼 크기로 작용

질량(mass)

물체내 물질의 양

정지해 있는 물체에 관성을 결정하는 것은 질량

무게는 벡터, 질량은 방향이 없음(절대 음수가 될 수 없음)

선 운동에서의 관성(선운동량 L)

운동량(Momentum)

이동체의 속도 변화에 대한 저항

운동량은 속도의 크기와 방향에 비례

각운동의 관성

회전운동에서 관성을 '관성모멘트 movement of inertia' 

질량중심(center of mass)

모든 질량이 집중되는 것으로 간주되는 가상점

각운동량

강체 시스템에 대한 각운동량

관성비교

정적 static

동적 dynamic

06. 운동동작에서 선운동역학의 이해

시간, 위치, 변위, 속도, 가속도

--> 이 개념을 이용하여 인간의 동작을 설명하고 이해함.

큰 운동량을 가진 인체는 

보다 작은 운동량을 가진 인체보다 동작을 변화시키는 것이 더 어렵기 때문에

몸의 움직임을 완전히 설명하기 위해서는 관성과 운동량의 개념을 알아야 함.

인체 동작의 변화에 영향을 주는 요인(원인) 탐구

무엇이 인체 동작의 변화에 영향을 주는가?

뉴턴의 1법칙, 2법칙을 알아야

뉴턴 1법칙(관성의 법칙)

외력 또는 다른 힘이 작용하지 않는 한 

인체는 정지상태나 동일 선상에서 일정한 속력의 동작 상태를 유지하려고 한다

'외력이 작동하지 않는 한 인체, 인체의 운동량은 변하지 않음'

내력

몸을 유지하는 힘과 같이 시스템 내부에서 발생하는 모든 힘

내력은 시스템의 운동량을 변화시키지 않음

외력만이 시스템의 운동량을 변화시킬 수 있음

뉴턴 2법칙

힘 = 한물체가 다를 물체를 밀거나 당기는 것

F=ma

(외력의 효과)

무게 

중력에 의해 물체에 가해지는 힘

추진력

물체의 속도를 올리는 힘

제동력

물체의 속도를 늦추는 힘

여러 방향에서의 힘

가파른 경사면을 내려갈 때

무게의 상당부분이 운동방향으로 이동하기 때문에

상대적으로 큰 가속도가 생김

유효력

벡터로 물체에 작용하는 모든 힘의 합의 효과

의자에 앉아있는 동안에도 몸의 무게는 계속 작용

왜 몸은 가속하지 않는가? 

하나의 힘만으로는 가속도가 발생하지 않음

최종 유효력이 가속도를 발생시킴

접촉력과 뉴턴의 3법칙

방을 가로질러 걸을 때

어떤 힘이 당신의 몸을 이동하게 하는가? 

뉴턴 3법칙

모든 힘에 대해서 동일한 크기의 반력이 있다

두 물체는 동일한 중력에 의해 서로 끌림

지구는 큰 질량을 가지고 있기 때문에 사람은 지면에 대해 상대적으로 큰 가속을 하고 있음

접촉력

두 물체가 서로 접촉할 때 생성되는 힘

반력

뉴턴의 3법칙의 결과로서 물체 a가 물체 b에 힘을 가하면 b에서 a에 같은 크기로 작용하는 힘

지면반력 ground reaction force

물체가 지면에 힘을 가할 때, 지면이 사람에게 반대로 작용하는 힘

https://www.mdpi.com/2076-3417/14/12/5210

Ground Reaction Forces and Joint Moments Predict Metabolic Cost in Physical Performance: Harnessing the Power of Artificial Neur

마찰

지면과 신발사이의 마찰력은

미끄러짐을 방지하고 

이때 유효력은 x 방향으로 작용

마찰과 미끄러짐

충격량

상대 충격량 : 체중에 대비해서 생성되는 충격량의 정도

충격량을 질량으로 나눈 것을 상대충격량이라고 함

고정 저항

가변 저항

중력에 평행으로 아령운동

중력에 수직으로 아령운동

탄성 저항

가변저항의 예로 탄성튜브(세라밴드)가 있음

탄성튜브는 늘어날수록 더 큰 저항을 제공

수용 저항 장치(유체)

수용 저항의 예

스테핑 머신의 공압 실린더!!

07. 운동동작에서 각운동역학의 이해

토크

힘의 모멘트

지렛대

모멘트 암

기계적 확대율

추진토크

제동토크

유효토크

짝힘

각충격량

정적 평형

각 운동의 예

바퀴, 병의 뚜껑을 열때, 테니스 라켓 휘두르기, 문을 열때

모멘트, 토크

짝힘

모멘트 암 : 힘벡터로부터 회전축까지의 수직거리

레버 암 : 회전축에서부터 힘의 작용점까지 거리

토크 증가

레버 암의 길이 증가, 힘을 레버암의 수직축으로 가하기

힘의 크기를 증가시키기

유효 토크(순 토크)

토크는 각 가속도를 생성하는 경향이 있고

유효 토크는 각 가속도를 결정한다

지렛대와 기계적 확대율

지렛대 4요소

작용점(받침점), 강체, 2개의 힘

작용점이 먼 거리에서 작용한 힘은

더 많은 토크를 생성하기 때문에 다른 동일한 크기의 힘보다 상대적으로 기계적 확대율이 크다

힘이 선운동, 회전운동에 미치는 효과

가속도는 유효력과 유효 토크에 의해 결정

짝힘

동일 평면에 있고 크기가 같고 방향이 반대인 두 힘

짝 힘의 효과는 변화없이 순수하게 회전에만 영향을 줌

각 운동에서 뉴턴의 3법칙 적용

왜 달리기를 할 때

팔과 다리를 반대로 휘두르는가?

비틀림 토크가 발생 할때 상체와 하체를 반대방향으로 회전시키는 이유

발바닥에 고정 vs 공중에 뜬 상태

발바닥을 고정할 때 더 정확하게 공을 칠 수 있다

각 운동역학의 응용

운동에서 사용되는 저항들

다양한 저항운동용 기구들은 신체가 극복해야 할 저항 토크를 제공하기 위헤 고안

지속적으로 이러한 토크를 몸에 가할 때, 근육의 강도(근력)은 증가

운동기구는 지렛대의 개념을 사용해 만들어짐

운동기구들은 레버암의 회전에 저항을 제공하는 지레 역할

도르레는 힘의 방향을 바꿈

정적 평형

서있는 자세에서 균형잡기(정적 평형)

압력중심(COP)

중력중심(COG)

기저면

무게

지면반발력

컵 잡기

서있는 자세에서 정적평형을 유지하는 것과 같이 간단해 보이는 작업들

5개의 손가락을 이용해서 컵을 들어올리는 동작들

뇌졸중 후 컵 들기

08. 일-에너지

에너지

운동 에너지

위치 에너지

중력 위치 에너지

변형 위치 에너지

일

역학적 에너지 소비량

효율성

경제성

파워

힘, 토크, 충격량, 운동량 등의 개념을 이용하여 운동의 원인을 규명

에너지

에너지는 물체의 상태를 나타내며, 이 상태가 변화하는데 필요한 잠재력

어떤 물체나 시스템의 상태가 변화하려면 에너지가 반드시 필요하며

에너지가 없다면 그 물체나 시스템은 전혀 변화가 없다.

에너지 종류

핵에너지, 화학에너지, 전기에너지, 음향에너지, 역학적 에너지

역학적 에너지

운동 에너지 --> 선형운동 에너지, 회전운동 에너지

위치 에너지 --> 중력위치 에너지, 변형위치 에너지

운동에너지는 속도의 제곱에 비례

속도가 2배 빨라지면 운동에너지는 2의 제곱인 4배 증가

일 work

= 시스템에서 에너지의 양을 변화시키는 과정

당신이 환자와 재활훈련을 하고 있다고 가정

환자가 벤체 프레스를 할때 얼마나 일을 하는가? 

또한 환자가 벤치프레스를 하는 동안 얼마만큼의 에너지를 소비하는가?

변위가 있을때만 일이 발생

회전 일(angular work)

토크와 각변위의 곱으로 정의됨

운동 일, 질량 중심, 열역학 제 1법칙(관성)

당신이 농구선수 맥스의 점프능력을 향상시키려고 한다. 

맥스가 점프할 때 얼마나 높이 점프를 할 수 있는지를 결정하는 요소가 무엇인가?

점프 높이는 수직방향으로 지면반발력과 사람 무게와의 차이에 의해 결정되고

또한 사람이 지면에 있는 동안 질량중심의 변위에 의해 결정된다. 

만약 맥스가 지면반발력과 본인의 무게의 차이를 증가하거나

지면에 있는 동안 질량 중심의 이동거리를 증가시키면 점프 높이를 증가할 수 있다. 

점프해서 뛸때의 점프 높이는

뛰는 순간의 운동에너지와 위치에너지에 의해 결정

착지하는 동안 운동에너지는 몸에 흡수되어야 한다

뻣뻣하게 착지하면 변위는 작아지고 반발력이 커진다. 

부드럽게 착지하면 변위는 커지고 반발력은 작아진다

효율과 경제성

밥은 최근 미세한 뇌줄중을 겪었다. 

그는 산책을 할때 평상시와 같은 에너지가 없다고 불평했다.

당신은 그를 어떻게 도울 수 있는가?

보행을 하는 동안 소비된 에너지의 양은 무엇이 결정하는가? 

경제성

어느 정도의 일을 하는데 요구되는 에너지

보행하는 동안 신체는 

뒤집어 놓은 진자와 같다.

보행을 하는 동안 위치에너지는 운동에너지로 변환되고

또한 운동에너지는 위치에너지로 변환된다

파워

시간에 대한 일의 변화율

09. 충돌, 충격과 보존법칙

운동량 보존법칙

에너지 보존법칙

탄성충돌, 비탄성 충돌, 반발계수, 유효질량

비탄성 충돌이 피해를 주는 이유

micro와 macro, mind의 통합

https://cafe.daum.net/panicbird/S3O6/418

Re: 불안장애, 공황장애 탐구 2022 자마!!